I ricercatori di Tokyo dimostrano il sé senza aiuto

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Un gruppo del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Sistemi Informativi dell’Università di Tokyo ha recentemente pubblicato un articolo sul loro metodo per stampare in 4D strutture di origami auto-pieghevoli ad alta risoluzione. Il loro metodo combina stampa 4D, origami e chimica per creare oggetti con risoluzioni 1200 volte superiori a quelle delle stampe 4D con modellazione a deposizione fusa (FDM). Questo processo ha il potenziale per essere utilizzato in numerose applicazioni e potrebbe anche essere un modo per spedire la tua maglietta Zara in futuro.

La stampa 4D esiste ormai da 10 anni ed è il processo di stampa 3D di un materiale che può muoversi quando viene applicato uno stimolo come calore, luce o elettricità dopo la stampa. La tecnologia è attivamente esplorata per l’uso nell’edilizia, nell’esercito e nell’esplorazione spaziale e potrebbe rappresentare un punto di svolta per la stampa 3D. Tuttavia, come tutte le tecnologie, anche la stampa 4D ha i suoi limiti, uno dei quali è il ripiegamento automatico.

Il gruppo dell'Università di Tokyo, guidato dal professore assistente Koya Narumi, ha cercato di affrontare questo problema frontalmente ed esplorare modi per sfruttare le tassellazioni per accelerare il processo di auto-piegatura. L'idea del gruppo era quella di stampare motivi bidimensionali su un foglio termoretraibile utilizzando inchiostri e stampanti a getto d'inchiostro UV disponibili in commercio. Dopo la stampa, la pellicola termoretraibile veniva quindi riscaldata tramite acqua e il foglio si trasformava spontaneamente nella forma desiderata. Sulla base delle tassellazioni modellate, le sollecitazioni e le deformazioni potrebbero essere previste tramite simulazioni e progettate in modo da modellarsi nella forma desiderata.

Immagine del processo di auto-piegatura con il bouquet stampato in 4D. (Immagine per gentile concessione di ACM Transactions su Graphics)

Il gruppo afferma che la sfida più grande è stata trovare l'hardware e gli inchiostri giusti da utilizzare per questo processo. Attraverso tentativi ed errori, alla fine sono approdati a Mimaki UJF-6042 MKII come stampante UV, Mimaki LUS150 (CMYK+Bianco), LH-100 (trasparente) e PR-200 (primer) come inchiostri polimerizzabili UV e Hakko Shrink Film 841-02 e Vilene Iron Shrink Sheet OR-30N come film termoretraibili. Con queste selezioni, il gruppo ha migliorato la risoluzione 1200 volte quella di una stampa 4D FDM standard e ha messo in atto il processo di cambiamento della forma più rapidamente e con un minore coinvolgimento umano rispetto a quanto dimostrato da ricerche precedenti.

Il team di Narumi ha inoltre presentato le potenziali applicazioni finali della propria tecnologia con 5 diverse demo: un cappello, una giacca, un mazzo di fiori, una nave in bottiglia e una busta. In futuro, dice il team, vorrebbero esplorare altri materiali funzionali come gli inchiostri conduttivi o magnetici, e tentare di ottenere superfici più lisce utilizzando questa tecnica.

Nel complesso, questa è una grande aggiunta alla comunità della stampa 4D. Il team di Narumi è riuscito a trovare una soluzione a un problema prevalente nel settore e che potrebbe essere utilizzato in molti settori come la moda, l'esplorazione spaziale e la medicina. Posso sicuramente vedere questo unirsi agli altri sforzi nella stampa 4D e, con l’interesse che la stampa 4D ha riscontrato negli ultimi dieci anni, siamo sicuri che la ricerca continuerà a prosperare in questo settore.

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